墙体体积变形荷载及其应力分析

摘要

砌体结构墙体采用新型非烧结材料，增大了墙体干燥收缩变形，尤其是保温墙体改变了墙体的温度场，使墙体体积变形大大增加。体积变形引起墙体产生应力，当这个应力超过墙体的破坏强度时，墙体会产生开裂，影响结构的正常使用，所以裂缝问题是结构工程中急需解决的关键问题。影响墙体体积变形的因素主要有材料干燥收缩率、地区不同、朝向不同、颜色不同、保温形式不同、保温材料不同等等。本文在墙体温度荷载的基础组合干燥收缩变形，对墙体体积变形荷载及其应力进行了分析。
　　 针对谐波热作用下的单层墙，采取变量分离法求解第一类边界条件下的热传导微分方程，得到单层墙的准稳态温度场的解析表达式，并利用叠加法推广应用到多层节能墙体或屋面，为温度应力分析提供了依据。将墙体内、外表面空气层看成一层只有热阻没有热容的材料，得到考虑墙体与空气换热的多层墙温度场的解析解。
　　 利用富里哀级数将室内、外空气综合温度简化成稳态温度场（年温差）和谐波热作用下的非稳态温度场（日温差）。对哈尔滨、北京、长沙、广州四个代表性地区在三种不同保温形式、三种不同工况进行分析得到体积变形荷载，研究结果表明，外保温层可以有效阻隔室外谐波热对墙体温度场的作用。
　　 最后，针对地基对砌体墙体积改变的约束在底层产生竖向裂缝，本文采取底部约束长墙近似分析法对混凝土砌体墙的应力进行分析。研究表明，混凝土砌体墙裂缝主要由最大水平拉应力导致；地基水平阻力系数、墙长、墙高长比（墙高）等对墙底最大水平拉应力和墙体最小裂缝间距有较大影响。本文提出了砌体墙最小裂缝间距计算公式和墙体裂缝控制措施。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 裂缝类型

1.2.1 体积变形裂缝

1.2.2 荷载变形裂缝

1.3 体积变形的作用

1.3.1 干燥收缩变形

1.3.2 温度变形的作用

1.3.3 体积变形的组合作用

1.4 体积变形的作用效应

1.4.1 约束

1.4.2 应力计算的分析方法

1.5 本文的研究内容

1.5.1 存在问题

1.5.2 本文工作

第二章 墙体温度场及周期性作用下的解析解

2.1 传热基本理论

2.1.1 传热的基本方式

2.1.2 温度场的基本概念

2.2 稳态传热时墙体温度场分析

2.2.1 单层墙的温度场及平均温度

2.2.2 两层墙的温度场

2.3 非稳定传热（周期）时墙体温度场分析

2.3.1 单层墙的温度场

2.3.2 多层墙的温度场

2.3.3 墙体温度场的平均温度

2.4 本章小结

第三章 体积变形荷载

3.1 室外空气设计参数

3.1.1 设计日（标准天）的逐时气温

3.1.2 室外空气综合温度

3.1.3 室外空气综合温度的简化

3.2 温度荷载

3.2.1 温度荷载分析方法

3.2.2 工况组合

3.2.3 单层墙最大温差

3.2.3 多层墙最大温差

3.2.4 屋面保温最大温差

3.2.5 屋面施工阶段（屋面没有保温）最大温差

3.3 顶层墙体温度荷载

3.4 底层墙体温度荷载

3.5 干燥收缩变形荷载

3.6 体积变形荷载

3.7 本章小结

第四章 体积变形荷载作用下墙体应力分析

4.1 底部约束混凝土砖砌体墙的应力分析

4.1.1 基本假设

4.1.2 混凝土砖砌体的体积改变

4.1.3 底部约束混凝土砖砌体墙的应力

4.2 影响混凝土砖砌体墙最大水平拉应力的因素

4.2.1 地基水平约束系数

4.2.2 墙长

4.2.3 墙体高长比

4.3 最小裂缝间距

4.4 关于最大伸缩缝间距的讨论

4.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录